[发明专利]增强红外光学系统的雾穿透能力

说明书

技术领域

本发明设计红外成像系统领域，并且更具体地涉及通过宽波段摄像机的成像和光源检测。

背景技术

当前航空器增强视觉系统(EVS)被设计为在白天和晚上的滑行或飞行期间提供改进的定向，并且使得能够在诸如雾、霾、灰尘或烟雾的恶劣的大气条件下可视着陆。例如，该系统可显示叠加在飞行员视野上的所捕获的视频图像。在常规的着陆进场期间，飞机以3度的角度下降。在地面上方大约200英尺的决断高度(DH)，飞行员必须识别跑道上的灯的结构。如果在DH处飞行员不能识别跑道灯结构，则他必须进行复飞。假设3度的下降角度和200英尺的决断高度，飞机到灯结构之间的距离是大约1165米。

用于着陆应用的大气透光率由被称为跑道视程(RVR)的值限定。一(1.0)RVR是关于被裸眼检测到跑道灯的最大距离。该定义的数学意义是RVR被定义为对比于在零距离处的对比值在一距离处光强下降至2％的距离。在零距离处的对比值是一(1.0)。对于每一个附加的RVR距离，跑道电灯泡信号以50因子递减。当前系统具有2.2*RVR的最大穿透距离。在可视光谱波段和近红外中，对于2.2RVR的距离，大气衰减等于50^2.2，其接近于5500。为了穿透这样大的大气衰减，当前系统提供了在零距离处大约5500的信噪比(SNR)。换句话说，EVS摄像机应该提供实验室条件下5500的信噪比。为了获取所需的SNR，将被采集到的每像素每帧的光电子的最小数量是30,000,000(或3x10⁷)。然而，量子噪声不是噪声的唯一来源。为了克服诸如读出噪声、固定模式噪声等的附加噪声源，将被采集的每像素每帧的光电子的最小数量必须超出30*10⁶。SNR要求是必要条件但不是充分条件。

在大多数机场中，跑道灯被安装在地平面上方的短杆上。电灯泡被暴露在风和雨中；因此电灯泡的温差相对于背景是非常低的。电灯泡的外部材料是玻璃。玻璃在2.2微米以上是不传热的。结论是在恶劣的大气条件下，可用于电灯泡检测唯一光谱在可见的光谱波段或近红外光谱波段中。当前系统使用1.2微米和5.0微米之间的光谱波段范围，其落入硅的透光率范围之内并且对于InSb焦平面阵列检测器是最优的。

发明内容

本发明的一个实施方式提供了红外光学系统，其特征在于，该红外光学系统的光学器件被重新设计为没有(devoid of)硅以具有朝向更短波长扩展超过1.2微米并且包括短波红外(SWIR)范围以及包括中波红外(MWIR)范围和长波红外(LWIR)范围中的至少一个的波长范围，从而增强红外光学系统的检测范围。

本发明涉及以下几个方面：

1)一种红外光学系统，包括：

光学元件的单一集，其被设计为具有朝向更短的波长扩展超出1.2微米并且包括短波红外SWIR范围以及包括中波红外MWIR范围和长波红外LWIR范围中的至少一个的波长范围，以增加所述红外光学系统的检测范围，其中，所述光学元件的单一集被布置使得所述SWIR范围的红外辐射、以及所述MWIR范围和所述LWIR范围中的至少一个的红外辐射均通过所有所述光学元件。

2)如项目1)所述的红外光学系统，其被布置为增强在大气衰减的条件下的能见度以实现大于2.2跑道视程RVR的雾穿透距离。

3)如项目1)所述的红外光学系统，其中，所述红外光学系统的检测器被布置为检测在所扩展的波长范围的辐射。

4)如项目1)所述的红外光学系统，其包括由下列中的至少一种制成的光学器件：氟化钡、碘化铯、碲化镉、氟化钙、氟化锂、硫化锌、蓝宝石和硫属化物组合物。

5)如项目4)所述的红外光学系统，其被布置为实现至少为2.75跑道视程RVR的雾穿透距离。

6)如项目4)所述的红外光学系统，其具有起始于1微米的光谱范围。

7)如项目4)所述的红外光学系统，其中，所述光学器件由氟化锂、硫化锌和三硒化二砷制成。

8)如项目7)所述的红外光学系统，其中，杜瓦的窗口和检测器的冷滤波器由蓝宝石制成。

9)如项目1)所述的红外光学系统，还包括外部窗口。

10)如项目1)所述的红外光学系统，还至少包括具有不同光谱波段的两个检测器，其中，一个检测器具有起始于1微米的光谱波段。

11)如项目1)所述的红外光学系统，其还包括在包含1.0-2.3微米范围内的检测器。